vad är ljud? - ugglans fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...ljud är vibrationer...
TRANSCRIPT
![Page 1: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/1.jpg)
Ljud är vibrationer som öronen fångar upp,
förstärker och som vår hjärna sedan tolkar.
En gitarrsträng svänger fram och tillbaka när
du spelar på den. Den vibrerar. En lös sträng
vibrerar och ger en låg ton. En lika lång spänd
sträng (som ges samma kraft) ger en hög ton .
Ett annat exempel som är tydligare men funge-
rar på samma sätt som gitarrsträngen är att
lägga en linjal på ett bord. Lägg halva linjalen
utanför bordet. Tryck sedan hårt ner den andra
delen av linjalen. Nu har du tillverkat ett in-
strument. Knäpper du till delen utanför bordet
kommer den att vibrera och skapa ett ljud. Om
du flyttar linjalen fram och tillbaka kan du
skapa ljud som är både olika höga och olika
starka.
Om du tänker dig rörelsen i slow motion inser
du att molekylerna i luften runt linjalen packas
i tjockare och tunnare lager (olika densitet).
När änden på linjalen åker upp trycker den
ihop luftmolekylerna ovanför vilket gör att de
packas tätare (förtätning).
När linjalen sedan åker neråt blir det färre luft-
molekyler ovanför linjalen eftersom linjalen
"trycker bort" dem. Det blir tunnare luft ovan-
för linjalen (förtunning).
När linjalen sedan åker upp och ner många
gånger kommer den att göra många förtätningar
och förtunningar. Dessa skillnader i densitet
kommer sedan att sprida sig, vanligtvis i luft,
och når sedan våra öron där de tolkas som ljud.
Begrepp och svåra ord:
Molekyl, förtätning, för-
tunning, densitet, ljud
Fördjupning
Vad är ljud?
Info om sidan
Övningar
Begrepp
![Page 2: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/2.jpg)
Här följer ett experiment för att beskriva en
ljudvåg. Tejpa en penna längst ut på en linjal.
Lägg linjalen på en vagn med hjul. Halva lin-
jalen läggs på vagnen och halva utanför.
Knäpp till linjalen som börjar svänga och rulla
vagnen parallellt med ett papper så pennan ri-
tar rörelsen. Om allt gått bra kommer teck-
ningen se ut ungefär så här:
Topparna upptill visar när linjalen packar ihop
luftmolekylerna och dalarna när det blir tunna-
re med luftmolekyler nedtill eftersom linjalen
trycker ner luftmolekylerna. Den ritade figuren
beskriver förtätningarna och förtunningarna i
vibrationerna, d.v.s. ljudet. Figuren kallas för
ljudvåg och formen för sinuskurva.
Sträckorna, likt de på bilden ovan innehåller
toppar och dalar, dessa kallas våglängder. En
våglängd är den minsta delen av en ljudvåg.
En ljudvåg är många våglängder som sitter
ihop. En ljudvåg visar två saker:
1. Ljudstyrka. Vilken volym ljudet har.
2. Tonläge. Om ljudet är mörkt eller ljust. Det
vill säga vilken tonhöjd ljudet har. (
Amplitud: Höjden på ljudvågorna kallas amp-
litud och är alltså ljudets volym. Amplituden
kallas också ljudstyrka. Höga vågor (toppar
och dalar) ger hög volym.
På bilden nedan så har kurvorna samma ton,
men den undre kurvan har en högre volym.
På följande bild beskrivs en ljudvåg där ljud-
styrkan (amplituden) ökar.
Volym eller ljudstyrka mäts med decibel (dB).
Decibelskalan går från 0 till 180 dB. Vid noll
hörs inga ljud och vid 180 dB spricker trumhin-
norna. För
en ökning
med ett tio-
tal på ska-
lan blir lju-
det ungefär
3 gånger
starkare. En
minskning
med ett tio-
tal innebär
att ljudet
blir ungefär
3 gånger
svagare.
Begrepp och svåra ord:
Sinuskurva, våglängd,
amplitud, ljudstyrka, ton-
läge, tonhöjd, ljudvåg,
volym, decibel, logarit-
misk, trumhinna
Fördjupning
Att beskriva ljud: Amplitud
Info om sidan
Övningar
Begrepp
![Page 3: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/3.jpg)
Ljud kan ha olika tonhöjd. Den ljusaste tonen
på ett piano har högre tonhöjd än tonen på
andra änden av pianot.
Toner med hög tonhöjd har kortare våglängd
än mörka toner. Ljudvågorna hos toner med
hög tonhöjd ser mer sammanpressade ut: De
två ljudvågorna på bilderna nedan har samma
volym, men den till vänster är ljusare -den har
högre tonhöjd.
Ett ljud med kort våglängd (högt ljud) hinner
svänga flera gånger med flera toppar och dalar
än ett ljud med lång våglängd (mörkt ljud) un-
der en viss tidsperiod. För att kunna jämföra
olika ljud mäts antalet våglängder per sekund.
En våglängd kallas också för en svängning.
Frekvens: Det är antalet hela svängningar
(våglängder) per sekund. Enheten kallas Hertz
(Hz). Som ung människa kan du höra ljud med
frekvensen 20 Hz – 20 000 Hz. Äldre männi-
skor tappar de höga tonerna med åldern och
kan kanske bara höra ljud upp till 15 000 Hz.
Normalt tal ligger mellan 100 och 1000 Hz.
Bilden visar en
stämgaffel. Man
håller den i handta-
get och slår den lätt
mot något. Då bör-
jar de parallella metallstängerna vibrera med en
bestämd frekvens och ge ifrån sig en ton. Stäm-
gafflarna används för att stämma instrument
eller som hjälpmedel för sångare. På handtaget
står det ofta vilken ton stämgaffeln ger och vil-
ken frekvens den har. Till exempel: A440Hz
betyder att stämgaffeln ger tonen A och att den
svänger 440 gånger per sekund (440 Hz)
Bilden ovan visar två ljudvågor. Amplituden är
lika hög och därför är ljudstyrkan lika. Fre-
kvensen är dock högre på den övre bilden. Det
ljudet kommer därför att ha en högre tonhöjd,
ett ljusare ljud.
Begrepp och svåra ord:
Tonhöjd, våglängd,
svängning, frekvens,
Hertz, stämgaffel, ampli-
tud, ljudvåg
Fördjupning
Att beskriva ljud: Frekvens
Info om sidan
Övningar
Begrepp
![Page 4: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/4.jpg)
Ljudet rör sig med olika hastighet beroende på
vilket material vibrationerna transporteras i.
I luft rör sig ljudet ungefär 340 meter per se-
kund (m/s). För att omvandla meter/sekund till
enheten kilometer/timmen multiplicerar man
med 3,6: 340 m/s * 3,6 = 1224 km/h.
En klassisk situation när du har nytta av detta
är när åskan går. Ljuset är enormt mycket
snabbare än ljudet. När du ser blixten kan du
räkna tills du hör åskmullret. Varje sekund in-
nebär att ljudet från åskan har rört sig 340 me-
ter. Varje sekund mellan ljuset och mullret
motsvarar alltså 340 meter.
Ljudet rör sig olika snabbt i olika ämnen (luft,
vatten, metall, glas, osv). Det beror på att det
som transporterar ljudet är molekyler som rör
sig. Ju närmare dessa molekyler sitter varandra
desto snabbare kommer de i kontakt med var-
andra och kan föra vidare rörelsen.
Om man knäpper till i sidan på de två raderna
med kulor ovan kommer rörelsen att spridas
snabbare ju tätare kulorna sitter. Man kan säga
att ju högre densitet ett material har desto
snabbare rör sig ljudet i det.
Tabellen nedan visar ljudets hastighet i några
vanliga ämnen.
I rymden, där det är vakuum, kan man inte höra
ljud , eftersom det inte har något material att
spridas i.
Du kan prata och höra under vatten men våra
öron (trumhinnan) är inte är konstruerade att
fungera under vatten. Däremot finns det andra
däggdjur som är duktiga på att prata och höra
under vatten till exempel delfiner och valar.
Hastighet över
ljudhastigheten
kallas över-
ljudsfart. Det
uppstår en
ljudbang (en
hög knall) när
ljudvallen pas-
seras. Att åka i
ljudets hastighet kallas att åka i 1 Mach. Att åka
dubbelt så snabbt som ljudet är samma sak som
2 Mach. Det snabbaste flygplanet på jorden är
ett obemannat plan som nått hastigheten 9,6
Mach.
Begrepp och svåra ord:
Molekyl, vakuum, densi-
tet, överljudsfart, Mach,
Fördjupning
Ljudets hastighet
Info om sidan
Övningar
Begrepp
Luft 340 m/S 1224 km/h
Vatten 1500 m/s 5400 km/h
Glas 4500 m/s 16200 km/h
Järn 5150 m/s 18540 km/h
![Page 5: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/5.jpg)
Om du spelar samma ton på en gitarr och ett
piano låter det olika trots att det är samma ton.
Det beror på att varje ton egentligen är sam-
mansatt av flera toner. Du har först en grund-
ton men också ett antal övertoner. Övertonerna
kan vara olika till antalet och ha olika ljudstyr-
ka och frekvens. Övertonerna tillsammans
med grundtonen ger ljudet dess speciella klang
(kallas också klangfärg). Det är detta fenomen
som gör att människoröster låter olika var-
andra.
De flesta instrument behöver någon form av
förstärkare för att höras. Det löses enkelt med
elektricitet. Om du vill spela akustiskt använ-
der du dig av resonans.
Resonans: Resonans utnyttjar fenomenet att
ljudvågor är vibrationer och att vibrationer
sprider sig. Resonans betyder medsvängning.
När du spelar en ton på en akustisk gitarr bör-
jar strängen vibrera, det gör också luften inne i
gitarrkroppen (resonanslådan). Det förstärker
ljudet. Olika typer av instrument har olika ty-
per av resonanslådor.
Efterklang är viktigt om man sjunger i kör, spe-
lar instrument eller bara vill ha bra ljud från
TV:n. Efterklang och eko är varianter på sam-
ma fenomen: ljud som studsar. Ett eko innebär
upprepningar av ett ljud som tydligt går att skil-
ja åt. Efterklang är en mer dämpad återklang av
ett ljud. Om du klappar händerna (en gång) i en
stor lokal kan du ibland höra att ”klappet”
hänger kvar i luften.
Ett annat viktigt begrepp för körsångare och
musicerande är fas. Två ljudvågor med samma
frekvens som startar samtidigt sägs vara i fas.
Om dessa adderas ihop blir amplituden dubbelt
så hög och ljudet starkare. Till exempel i en kör
eller i en orkester. När fler personer sjunger
samma ton blir volymen starkare.
Begrepp och svåra ord:
Grundton, överton, ljud-
styrka, frekvens, klang-
färg, akustiskt, resonans,
medsvängning, resonans-
låda, efterklang, eko, fas
Fördjupning
Instrument
Info om sidan
Övningar
Begrepp
![Page 6: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/6.jpg)
Så här går det till när du hör:
Ytteröra: Ljud är vibrationer. Dessa vibratio-
ner samlas upp av ytterörat och leds in i hör-
selgången.
Mellanöra: När vibrationerna kommer fram till
trumhinnan börjar den att svänga i samma takt
som vibrationerna. Hörselbenen (kroppens
minsta ben) sitter ihop med trumhinnan och
börjar också röra sig. Hammaren slår mot stä-
det som rör sig mot stigbygeln. Stigbygelns
rörelser påverkar i sin tur ett membran på den
vätskefyllda snäckan. I mellanörat hittar vi
också hörselgången som jämnar ut trycket
mellan trumhinnans bägge sidor.
Innerörat: Stigbygelns rörelse gör så att snäck-
ans vätska börja röra sig, svänga. I snäckan
finns cirka 15 000 sinnesceller som känner av
och tolkar svängningarna till ljud med hjälp av
hjärnan. Sinnescellerna är känsliga för olika
typer av svängningar vilket gör att vi kan skil-
ja på toner. I innerörat sitter också balanssin-
net.
Med två öron är det lätta-
re att höra varifrån ljudet
kommer.
Ta hand om din hörsel:
De sinnesceller som sitter
i örat är ömtåliga. Om du
utsätts för kraftigt ljud
kan du få nedsatt hörsel
ett tag, sedan kommer
hörseln tillbaka. Men om
sinnescellerna skadas re-
pareras de inte. D.v.s. ut-
sätter du öronen för högt
ljud under en längre peri-
od och en hörselskada
uppstår går den inte att
bota. Klassiskt är att förstöra hörseln genom att
lyssna på alltför hög musik i sina hörlurar.
Buller är oregelbundet ljud som gör dig trött,
ger huvudvärk och gör det svårt att koncentrera
sig. Vi upplever det ofta i matsalen och på röri-
ga lektioner. Buller som är högt eller pågår un-
der lång tid kan ge skador.
Tinnitus innebär att man hör en ton/brus/oljud i
huvudet. Volymen och tonhöjden
är individuell. Ljudet existerar inte
utanför dig själv. Orsaken till tin-
nitus kan vara medfödd, psykiska
orsaker, sjukdom, buller, m.m.
Begrepp och svåra ord:
Hörselgång, trumhinna,
hammaren, städet, stig-
bygeln, membran, hör-
selsnäcka, sinnesceller,
buller, tinnitus
Fördjupning
Örat och hörsel
Info om sidan
Övningar
Begrepp
![Page 7: Vad är ljud? - Ugglans Fysik › wp-content › uploads › 2019 › 08 › ...Ljud är vibrationer som öronen fångar upp, förstärker och som vår hjärna sedan tolkar. En gitarrsträng](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040122/5f234b329c133077080df26d/html5/thumbnails/7.jpg)
Ljud är en energiform, ljudenergi. När du pra-
tar och ljudet försvinner innebär det att ljudet
omvandlats till en annan energiform. Ljudet
omvandlas i princip alltid till värmeenergi.
Olika material är olika bra på att absorbera
(suga upp) ljudet. I skolor och matsalar sätter
man därför upp speciella ljudplattor just för att
ljudet ska absorberas.
Fenomenet eko (studsande ljud) används i
ekolod. Fiskebåtar sänder ner en ljudsignal till
havets botten. Man vet ljudets hastighet och
hur lång tid det tar för ljudet att skickas iväg
och komma tillbaka. Då går det att räkna ut
hur lång sträcka ljudet färdats. Om ekolodet
träffar något på vägen till exempel ett fiskstim
blir vägen kortare.
Ekolod skickar ljud-
signaler flera gånger i
sekunden. Det går
också att köpa ekolod
som ritar upp hur bot-
ten ser ut på en dis-
play.
Ljud du inte hör
Människans öron kan höra ljud mellan fre-
kvenserna 20 - 20 000 Hz. Det finns andra ar-
ter med bättre hörsel som kan höra ljud som
människan inte hör. Hundar hör en speciell
visselpipa som avger ljud över 20 000 Hz.
Hunden hör men ingen människa. Fladder-
möss navigerar genom att sända ut ultraljud
som sedan studsar tillbaka. Med hjälp av detta
eko kan de avgöra hur omgivningen ser ut.
Infraljud
Ljud med färre svängningar än 20 Hz kallas
infraljud. Infraljud uppstår i naturliga proces-
ser till exempel kraftiga vindar eller vågor i
havet. Det kan också komma från fläktar eller
ventilationssystem. Infraljud kan påverka dig
kroppsligt utan att du förstår vad det är. Du kan
bli trött, få huvudvärk och svårt att koncentrera
dig.
Ultraljud
Ljud över 20 000 Hz kallas ultraljud. Ultraljud
används för att undersöka ett foster i mammans
mage. Det finns fler mediciniska användnings-
områden till exempel att undersöka hjärta och
blodkärl och att behandla stela leder med hjälp
av ultraljud. Ultraljud används i fjärrkontroller
(bilen, TV:n) och man kan även rengöra tyger
och kontrollera metallers hållfasthet med hjälp
av ultraljud. Ultraljud är inte skadligt för män-
niskor.
Doppler-effekten
Doppler-effekten märker du när ett utryck-
ningsfordon åker förbi dig. Sirenen låter annor-
lunda beroende på om fordonet är på väg mot
dig eller från dig. Varför?
Om fordonet åker ifrån dig dras dess ljudvågor
ut. Du nås av sirenens ljudvågor i utdragen
form. Jämför med om
fordonet är på väg
emot dig. Det är lika-
dant ljud fordonet sän-
der ut men eftersom
det är på väg mot dig
trycks ljudvågorna
ihop. Sirenen låter an-
norlunda.
Begrepp och svåra ord:
Ljudenergi, värmeenergi,
absorbera, ekolod, fre-
kvens, ultraljud, infra-
ljud, eko, dopplereffek-
ten, ljudvågor
Fördjupning
Mer om ljud
Info om sidan
Övningar
Begrepp